基于车辆相对于道路的倾斜角来控制机电系统的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体设及控制车辆的机电系统技术，尤其设及基于车辆相对于道路的倾斜 角来控制机电系统的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 当车辆静止时，通过使用2轴或3轴加速计，可W确定车辆在俯仰和滚转（ΘT、PT) 方面的总倾斜，W通过使用Ξ角函数来确定相对于轴的重力矢量的方向。例如，由于θτ= arcsine(沿着X轴的加速度）W及Ρτ=arcsine(沿着y轴的加速度），所W可W通过设 置在与车辆的纵轴和缔轴θτ和PT平行的平面中的2轴加速计提供的加速度数据来计算 θτ和ΡΤ。对于设置在与车辆（该车辆的X轴与车辆的纵轴对准）垂直的平面中的2轴加 速计，0了作为沿着X轴的加速度与沿着Ζ轴的加速度之比的反正切而计算。添加正交的第 Ξ轴允许通过使用反正切方法进行俯仰和滚转的计算。然而，在正常运行期间，车辆会经历 沿着多个轴的加速度，由于重力的影响，运些轴的加速度的幅度相似。低通滤波可W去除大 多数干扰加速度，但是不能去除与道路倾斜变化相关联的慢变加速度。
[0003] 利用加速计或倾斜仪在车辆处于运动时测量车辆的悬置部相对于车辆的非悬置 部的倾斜角（0y)W用于确定车辆的加载状况。通常，车辆加载状况在车辆处于运动时不 会改变，因此，Θ、不会改变。道路倾斜变化和与移动车辆相关联的法向加速度的幅度比与 车辆悬置系统的姿势变化相关联的加速度变化大得多。道路倾斜可W改变大约±15度，而 车辆的悬置部相对于车辆的非悬置部仅改变接近± 1. 5度。
[0004] 需要具有一种能够不依赖有助于控制车前灯调平系统或可替代地其他机电或电 子控制系统的道路倾斜（0f)而高准确度地计算倾斜角度Θ、的方法和系统。
【发明内容】
[0005] 根据本发明，公开了一种不依赖道路倾斜获取对移动车辆的悬置部相对于非悬置 部的倾斜测量的系统和方法。通过检测与车辆的悬置部垂直的加速度（Z轴）相对于车辆 的悬置部的缔向加速度（X轴）的依赖性，来获取该测量。在一个实施例中，从加速度测量 装置，诸如加速计，收集与两个或两个W上的轴相对应的加速度数据。滤波装置对加速度数 据进行滤波W提供滤波后的加速度数据，并且将滤波后的加速度数据存储在存储器中。处 理器生成最小二乘最佳拟合线性回归并且通过该最小二乘最佳拟合线性回归计算斜率，该 最小二乘最佳拟合线性回归与车辆相对于道路的倾斜角度相对应。在一个实施例中，系统 产生指示车辆悬置部相对于道路的倾斜角的输出，该输出用于控制机电系统，诸如车前灯 调平系统。
[0006] 结合附图，基于对下述其实施例的详细描述的审查，本发明的其它目标、特征和优 点将是显而易见的。
【附图说明】
[0007] 通过下述结合附图的详细描述，本发明将易于理解，其中类似的附图标记指示类 似的结构元件，并且其中：
[0008] 图1A图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部对准的正常条件下在车辆加速度 和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系的示意图；
[0009] 图1B图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部未对准的条件下在车辆加速度和 减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系的示意图；
[0010] 图2A和图2B是在车辆处于加载状况1下进行路测得到的时间序列加速度数据；
[0011] 图3A和图3B是在车辆处于加载状况1下进行路测得到的滤波后的时间序列加速 度数据；
[0012] 图4A和图4B是Z加速度对X加速度的散布图和计算得到的分别在（图2A和图 2B)和（图3A和图3B)中的数据的线性回归线；
[0013] 图5A和图5B是在车辆处于加载状况2下进行路测得到的时间序列加速度数据；
[0014] 图6A和图6B是在车辆处于加载状况2下进行路测得到的滤波后的时间序列加速 度数据；
[0015] 图7A和图7B是Z加速度对X加速度的散布图和计算得到的分别在（图5A和图 5B)和（图6A和图6B)中的数据的线性回归线；
[0016] 图8A是根据本发明的倾斜计算系统的框图；
[0017] 图8B是图示了根据本发明的信号处理的示意图；W及 [001引图9是图示了根据本发明的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 美国临时专利申请62/020, 704及其公开的全部内容W引用的方式并入本文。
[0020] 下面从车辆的悬置部相对于道路或车辆的非悬置部的倾斜角的测量方面对本发 明的方法和系统进行描述。W下说明和示例是对本发明的实施例的图示，并且不应认为是 对本发明的范围的限制。
[00川 在图中：
[0022]
[002引 ΘV是车辆的悬置部参照道路和车辆的非悬置部的倾斜角；即，義与.之间的角 度；
[0026]Θr=道路倾斜相对于水平地面的角度；
[0027]g=由于重力产生的加速度的幅度。
[0028] 图1A图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部对准的正常条件下在车辆100加 速度和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系。图1B图示了在车辆的悬置部与车辆的 非悬置部未对准的条件下在车辆100加速度和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系。 加速度测量轴相对于车辆加速度和减速度轴的角度变化为θν。通常，当车辆处于运动中 时，在图1Α和图1Β中在苗上测得的加速度的幅度是凸起与道路噪声生成的加速度Ay"3d、 道路相对于与地面平行的水平面的倾斜角Θr、W及车辆的悬置部相对于道路或车辆的非 悬置部的倾斜角ΘV(如图1A和1B所示）的函数。
[0029]
山
[0030]W及，更加具体地：
[00引]
錢
[003引当Θv= 0,在等式1和2中的最后一项变为0,W及Az不依赖于茜。
[0033] 当目，声0，Az依赖于^并且将随着
：;而改变。换言之，当θν不等于 0时，对于任何给定的道路倾斜，讓,变化都会产生幅度等于
的Αζ变化。
[0034] 通过使用Ζ和X而非Αζ和Αχ,对Αζ与Αχ求微分，得到：
[0037] 图2Α和图2Β分别是在加载状况1下在约8分钟行车期间每秒32个样本记录的 Αζ和Αχ加速度测量。加载状况1具有-1.89度的倾斜角θν。在图2Α中的Αζ加速度可 W看出：
[0038] 1、平均值接近Ig，运是因为其几乎与车辆的悬置部垂直，因此与重力矢量紧密对 准；
[0039] 2、由于道路中的凸起和道路噪声，存在明显加速度，该加速度大约为±0.4g;W 及
[0040] 3、大加速度行程持续较短。
[00川在图2B中的Αχ加速度可W看出：
[0042] 1、平均值接近Og，运是因为其几乎与车辆的悬置部平行，因此与重力矢量几乎正 交；
[0043] 2、存在与改变车辆速度相关联的明显加速度，该加速度的幅度大约为±0. 4g 及
[0044] 3、相较于Αζ加速度时间序列，大加速度行程持续得更久。
[0045] 图4Α是图2Α和2Β中的数据的Αζ加速度对Αχ加速度的散布图和计算得到的最 小二乘最佳拟合线性回归线（leastsquaresbestfitlinearregressionline)。计算 得到的回归线的斜率为0. 0268。该线的斜率接近Tan(ΘV)。对该斜率求反正切得到1. 54 度的倾斜角。由于在路测期间车辆中的轴的设置，符号需要反过来。所W，测量计算得到的 有效倾斜角为-1. 54度。该结果与加载状况1设置的-1. 89度具有-0. 35度的误差。
[0046] 图3A和图3B是如图2A和图2B中的但是利用32个样本固定窗口平均值处理之 后的数据集，产生mz的有效采样率。从图3A中的Az加速度可W看出：
[0047] 1、平均值仍然接近Ig拟及
[0048] 2、短期内道路噪声得到明显衰减，所W数据范围现在小于平均值±0. 03邑。
[0049] 从图3B中的Αχ加速度可W看出：
[0050]1、平均值仍然接近Og;W及
[0051] 2、车辆加速度（Αχ)未明显衰减，加速度维持在大于±0. 3g。
[005引图4B是图3A和3B中的处理后的数据的A加速度对A加速度的散布图和计算 得到的最小二乘最佳拟合线性回归线。该线的斜率为0.0331。该线的斜率现在更加接近 Tan(0v)。在